高中物理教学中如何培养学生的思维能力

学校教育的目的之一是培养学生诸方面的能力, 而培养学生的思维能力是其重心所在。苏霍姆林斯基曾指出:“学校应当是一个思考的王国。”近年来, 关于培养学生思维能力方面的著述颇多, 在物理教学方面对思维能力的培养引起了普遍的重视, 尤其是新课程标准中明确指出:“要培养学生搜集和处理信息的能力, 分析和解决问题的能力。”教师在物理教学中对学生进行思维能力的培养尤为重要。物理教学中科学思维能力的培养是科学素质教育中科学思维能力培养的主渠道之一, 无论是物理概念的建立或物理定律的发现, 还是基础理论的创立和突破都离不开科学思维能力。

在高中阶段把培养人的思维能力作为重要的教学目标来实施, 是由人素质发展的要求和教学的需要所决定的。单纯从人的发展角度来说, 思维决定着人的思想高度和遇到问题的处理能力, 是一个人成才的重要条件;从教学的需求角度来说, 只有人的思维获得了发展, 才能够实现学生学科知识的进步和能力的提升。在高中物理教学中培养学生的思维能力可以从以下几个方面进行。

1 运用科学想象, 培养抽象思维能力

在物理教学中, 有意识地设计一些与教学内容有密切联系的科学想象题, 引导学生进行讨论, 是激发学生学习兴趣, 拓宽学生思维和知识面, 提高学生推理和知识外延能力, 培养学生勤思探究好习惯的有效途径之一。如在“机械振动”的教学中, 结合振动的知识, 设计了这样一道题:如果沿地球两极的地轴钻一个洞, 当一个物体从北极无初速地落入无底洞时, 物体将如何运动?这一目前尚不现实而又富于科学想象题的提出, 便引起了学生强烈的反应, 好奇心激发思维, 对科学思想的追求激励设想的产生, 使学生的思想驰骋在各种丰富的想象中, 经过一番活而不紊的讨论, 学生各抒己见, 归纳起来有三种代表性的答案:1) 物体作自由落体运动, 一直穿越无底洞, 并冲出地球;2) 物体作减速运动, 最终停在地心处;3) 物体以地心为平衡位置作来回振动。对这几种不同的答案, 笔者不急于作出是非仲裁, 而是提出另外两个问题: (1) 物体在北半球洞中时, 受到地球引力的方向如何? (2) 物体在南半球洞中时, 受到地球引力的方向如何?这两个问题, 把学生的思维活动引导到正确的思路上来, 学生根据万有引力定律和振动的产生条件, 通过抽象思维, 逻辑推理, 得出了问题的正确答案。在这一讨论过程中, 学生兴趣浓, 积极性高, 想象力已冲破了空间和物质条件的限制, 拓宽了他们的思维, 丰富和提高了他们的科学想象力和抽象思维能力。

2 运用极限思维, 认识物理规律

许多物理学家在研究物理定律的过程中都采用想像把过程推想到极端, 从而设想进入理想状态, 得出结论, 然后再从理想到一般情况总结出规律。例如伽利略的斜面实验、伽利略的自由落体运动是匀加速直线运动的推断都是采用了这样的推想。那么我们在教学中应善于运用极端想像以扩展学生的思维能力, 充分发挥学生学习知识的灵活性和钻研精神。增强了学生对物理学习的兴趣, 提高了学生的推理能力和知识的延伸理解能力, 使学生尝试到了想像的甜头, 交给了学生一种极限思维的学习方法。

3 运用相似类比, 使知识系统化

例如在学习分子势能、电势能时, 应启发学生联想我们曾经学过的重力势能, 在教学过程中注意强调它们的共性, 这样使学生在学完分子势能、电势能后对势能概念理解更加深刻, 从而使“重力”势能→“分子”势能→“电”势能形成一条链, 只要最基本的重力势能学生掌握好了, 关于分子势能、电势能的规律在重力势能基础上的运用相似联想就行了。这样的相似性的物理规律在高中物理还有许多:蹦极运动和小球从高处落到下方竖直弹簧上的运动规律是相似的, 带电粒子垂直进入匀强电场的运动和平抛运动是相似的, 氢原子模型和卫星绕地球的运动是相似的, 过山车的运动和绳球模型是相似的, 静电场中的电场强度、电势, 电势差和电容的定义是相似的, 都属于比值法定义, 这样学生只要记住最基本的, 就可以运用相似想象设想出一系列规律。

4 运用逆向思维, 帮助解题

学生在学习中特别是解题时对一些综合性较强的练习往往一筹莫展, 百思不得其解, 实际上换一个方向, 从另一个角度去思考则是很容易解决的。例如有这样一道题, 一辆汽车以10m/s的速度开始刹车, 刹车的加速度为2m/s2, 求它停止运动前的最后1s内通过的位移是多少?学生在进行思考时多半都是正向思维:先求出刹车的总时间为10s, 然后利用匀变速直线运动的位移公式分别求出前10s的位移和前9s的位移, 最后作差求出最后1s的位移, 思路是正确的, 但是过程很繁琐。汽车刹车的逆向运动是初速度为零的匀加速直线运动, 刹车后停止运动前的最后1s内通过的位移就等于逆向运动最初1s的位移, 利用公式S=at2/2很容易求得位移为1米。实际上在高中物理中还有许多地方可以利用逆向思维, 如竖直上抛运动的上升阶段的逆向运动是自由落体运动, 斜抛运动的上升阶段逆向运动是平抛运动。教师要主动引导学生进行逆向思维, 开扩了学生的思路, 让学生掌握了一条思维受阻时解决问题的有效方法。